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Movimiento y energía

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  1. 1. ÁREA: CIENCIAS NATURALES PERIODO: IV DOCENTE: ERIKA ESTRADA FECHA: ___________________________GRADO: SEXTO NOMBRE ESTUDIANTE _______________________________________________________________ Movimiento, Fuerza y Maquinas SimplesIntroducción Hagámonos una pregunta: ¿Qué cosas se mueven? Un automóvil que viaja hacia la costa; una hoja que, agitada por el viento, caede un árbol; una pelota que es pateada por un futbolista; un atleta que corre tras una meta; un electrón que vibra en su entorno; la Tierraalrededor del Sol.Quizás deberíamos preguntarnos ¿hay algo que no se mueva?Como la respuesta parece obvia (“todo se mueve”) aboquémonos a averiguar ¿qué es movimiento?Si nos referimosa un objeto que se mueve, diríamos que el objeto tiene movimiento si cambia de posición a través deltiempo.Entonces, se define el movimiento como un cambio de posición de un cuerpo con respecto a otro cuerpo(donde se sitúa un observador), durante un espacio de tiempo.El carácter relativo del movimiento¿Han escuchado hablar de relatividad? Relatividad es un concepto muyutilizado cuando se intenta describir un movimiento.De acuerdo con la anterior definición, para estudiarun movimiento es preciso fijar previamente la posición del observador que contempla dicho movimiento. Todo se mueve.En física hablar de un observador equivale a situarlo fijo con respecto al objeto o conjunto de objetos que definen el sistema de referencia. Esposible que un mismo cuerpo esté en reposo para un observador —o visto desde un sistema de referencia determinado— y en movimiento paraotro.De hecho, los movimientos son relativos. Relativos a un sistema de referencia.Y un sistema de referencia es algo que suponemos en reposo.Respecto al cual describimos los movimientos.Así, un pasajero sentado en el interior de un avión que despega estará en reposo respecto delpropio avión y en movimiento respecto de la pista de aterrizaje.Otro ejemplo: una estación de metro es el sistema de referencia para los vagonesque se mueven dentro de ella. Si hablamos de un automóvil que se mueve, en realidad estamos usando — sin nombrarlo explícitamente— unsistema de referencia. En este caso sería el suelo, la porción de la superficie de la tierra en donde se desplaza el automóvil. Mientras una rocapermanece en su lugar en el suelo, el automóvil va ocupando sucesivamente distintas posiciones respecto del suelo.El estado de reposo o demovimiento de un cuerpo no es, por tanto, absoluto o independiente de la situación del observador, sino relativo; es decir, depende del sistemade referencia desde el que se observe.Pero veamos lo que sucede a los ocupantes del automóvil de nuestro ejemplo.Vistas desde fuera delautomóvil, las personas que van en su interior también se mueven junto al automóvil. Llevan la misma rapidez, la misma velocidad delautomóvil.Vistas desde dentro del automóvil, las personas están en reposo una respecto a la otra. Podríamos darnos cuenta que una no se mueverespecto a otra, permanecen siempre a la misma distancia entre sí. A lo más habrá movimientos pequeños, limitados por el tamaño del interiordel automóvil.Entonces, una persona que va en el automóvil se mueve respecto al suelo con la misma rapidez y velocidad que el automóvil; sinembargo, respecto a otra persona u objeto que está en el interior del mismo, esa persona no tendría movimiento.Tomando en cuenta lo anterior, habrá que referirse a un sistema de referencia cuando queramos hablar de que algose mueve. Habrá que decir, por ejemplo, que “tal cosa se mueve respecto a...”Ahora bien, en el lenguaje común, cuando no hacemos mención a un sistema de referencia, el sistema de referenciautilizado será la superficie de la Tierra. Es decir, cuando decimos que un automóvil viaja a 60 kilómetros por hora,es respecto a la superficie de la Tierra que el automóvil tiene esa rapidez. La superficie de la Tierra la estamosconsiderando en reposo.Estudio de los movimientosLa observación y el estudio de los movimientos se conoce desde tiempos remotos. Los griegos decían “Ignorar elmovimiento es ignorar la naturaleza”, y con ello que reflejaban la importancia capital que se le otorgaba al Los ocupantes deltema.Luego, científicos y filósofos medievales observaron los movimientos de los cuerpos y especularon sobre sus automóvil ¿se mueven ocaracterísticas. Los propios artilleros de la época manejaron de una forma práctica el tiro de proyectiles de modo están en reposo?que supieron inclinar convenientemente el cañón para conseguir el máximo alcance de la bala. Sin embargo, elestudio propiamente científico del movimiento se inicia con Galileo Galilei. A él se debe una buena parte de los conceptos que se refieren almovimiento.El concepto de cinemáticaEs posible estudiar el movimiento de dos maneras:a) describiéndolo, a partir de ciertas magnitudes físicas, a saber: posición, velocidad y aceleración (cinemática);b) analizando las causas que originan dicho movimiento (dinámica).En el primer caso se estudia cómo se mueve un cuerpo, mientras que en el segundo se considera el por qué se mueve.La cinemática, entonces, es la parte de la física que estudia cómo se mueven los cuerpos sin pretender explicar las causas que originan dichosmovimientos.La dinámica es la rama de la física que se ocupa del movimiento de los objetos y de su respuesta a las fuerzas.El tiempo y el espacioPara hablar de movimiento es imprescindible referirse a dos magnitudes elementales de la física como son el espacio y el tiempo.Íntimamente relacionados, el tiempo (t) permite ordenar los sucesos físicos en una escala que distingue entre pasado, presente y futuro, mientrasque el espacio (s) puede verse como un medio abstracto en el que se desplazan los cuerpos. Se describe normalmente mediante tres coordenadasque corresponden a la altura, la anchura y la profundidad.Ahora bien, al referirnos al movimiento, que sabemos se realiza en un espacio y en un tiempo determinados, es preciso tener en cuenta, además,que éste posee varias características (o condiciones) que lo convierten en tal. Si falta alguna de ellas, el movimiento no se puede realizar.Estas características, condiciones o conceptos involucrados en el movimiento son:Posición, desplazamiento, trayectoria, velocidad, aceleración y deceleración. FuerzaLa fuerza es un concepto difícil de definir, pero muy conocido. Sin que nos digan lo que es la fuerza podemos intuir su significado a través de laexperiencia diaria.Una fuerza es algo que cuando actúa sobre un cuerpo, de cierta masa, le provoca un efecto.Por ejemplo, al levantar pesas, al golpear una pelota con la cabeza o con el pie, al empujar algún cuerpo sólido, altirar una locomotora de los vagones, al realizar un esfuerzo muscular al empujar algo, etcétera siempre hay unefecto.El efecto de la aplicación de una fuerza sobre un objeto puede ser: • modificación del estado de movimiento en que se encuentra el objeto que la recibe • modificación de su aspecto físicoTambién pueden ocurrir los dos efectos en forma simultánea. Como sucede, por ejemplo, cuando alguien patea una Fuerza para levantar pesas.lata de bebida: la lata puede adquirir movimiento y también puede deformarse.De todos los ejemplos citados podemos concluir que: • La fuerza es un tipo de acción que un objeto ejerce sobre otro objeto. Esto puede apreciarse en los siguientes ejemplos: — un objeto empuja a otro: un hombre levanta pesas sobre su cabeza — un objeto atrae a otro: el Sol atrae a la Tierra — un objeto repele a otro: un imán repele a otro imán — un objeto impulsa a otro: un jugador de fútbol impulsa la pelota con un cabezazo — un objeto frena a otro: un ancla impide que un barco se aleje. • Debe haber dos cuerpos: de acuerdo a lo anterior, para poder hablar de la existencia de una fuerza, se debe suponer la presencia de doscuerpos, ya que debe haber un cuerpo que atrae y otro que es atraído, uno que impulsa y otro que es impulsado, uno que empuja y otro que esempujado, etc.Dicho de otra manera, si se observa que sobre un cuerpo actúa una fuerza, entonces se puede decir que, en algún lugar, hay otro uotros cuerpos que constituyen el origen de esa fuerza. • Un cuerpo no puede ejercer fuerza sobre sí mismo. Si se necesita que actúe una fuerzasobre mi persona, tendré que buscar algún otro cuerpo que ejerza una fuerza, porque no existe ninguna forma de que un objeto ejerza fuerzasobre sí mismo (yo no puedo empujarme, una pelota no puede "patearse" así misma). • La fuerza siempre es ejercida en una determinada dirección: puede ser hacia arriba o hacia abajo, hacia adelante, hacia la izquierda, formandoun ángulo dado con la horizontal, etc.Para representar la fuerza se emplean vectores. Los vectores son entes matemáticos que tienen la
  2. 2. particularidad de ser direccionales; es decir, tienen asociada una dirección. Además, un vector posee módulo, que corresponde a su longitud, sucantidad numérica y su dirección (ángulo que forma con una línea de referencia).Se representa un vector gráficamente a través de una flecha en la dirección correspondienteResumiendo: En física, fuerza es toda causa capaz de modificar el estado de reposo o de movimiento de un cuerpo. Clasificación de las fuerzasLas fuerzas se pueden clasificar de acuerdo a algunos criterios: según su punto de aplicación y según el tiempo quedure dicha aplicación. Según su punto de aplicacióna) Fuerzas de contacto b) Fuerzas a distanciac) Fuerzas impulsivas) Fuerzas de larga duraciónAsimismo, las fuerzas que actúan sobre un cuerpo pueden ser:a) Fuerzas exteriores b) Fuerzas interioresUnidades de fuerzaEl primer paso para poder cuantificar una magnitud física es establecer una unidad para medirla.En el Sistema Internacional (SI) de unidades la fuerza se mide en newtons(símbolo: N), en el CGS en dinas (símbolo, dyn) y en el sistematécnico enkilopondio (símbolo: kp), siendo un kilopondio lo que comúnmente se llama un kilogramo, un kilogramo fuerza o simplemente unkilo. Un newton es la fuerza que, al ser aplicada a un cuerpo de masa 1 Kilogramo, le comunica una aceleración de 1 metro por segundo al cuadrado. MAQUINAS SIMPLESSe denominan máquinas a ciertos aparatos o dispositivos que se utilizan para transformar o compensar una fuerza resistente o levantar un pesoen condiciones más favorables. Es decir, realizar un mismo trabajo con una fuerza aplicada menor, obteniéndose una ventaja mecánica. Esta ventaja mecánica comporta tener que aplicar la fuerza a lo largo de un recorrido (lineal o angular) mayor. Además, hay que aumentar la velocidad para mantener la misma potencia. Las primeras máquinas eran sencillos sistemas que facilitaron a hombres y mujeres sus labores, hoy son conocidas como máquinas simples.La rueda, la palanca, la polea simple, el tornillo, el plano inclinado, el polipasto, el torno y la cuña son algunas máquinas simples. La palanca y el plano inclinado son las más simples de todas ellas. En general, las maquinas simples son usadas para multiplicar la fuerza o cambiar su dirección, para que el trabajo resulte más sencillo, conveniente y seguro.Palanca para sacar un Ejemplos de máquinas simplesclavo PalancaUna palanca es, en general, una barra rígida que puede girar alrededor de un punto fijo llamado punto deapoyo o fulcro.La fuerza que se aplica se suele denominar fuerza motriz o potencia y la fuerza que se vence sedenomina fuerza resistente, carga o simplemente resistencia.PoleaLa polea sirve para elevar pesos a una cierta altura. Consiste en una rueda por la que pasa unacuerda a la que en uno de sus extremos se fija una carga, que se eleva aplicando una fuerza al otroextremo. Su función es doble, puede disminuir una fuerza, aplicando una menor, o simplemente Conocida máquina simple: la palancacambiar la dirección de la fuerza. Si consta de más de una rueda, la polea amplifica la fuerza. Seusa, por ejemplo, para subir objetos a los edificios o sacar agua de los pozos.Las poleas pueden presentarse de varias maneras:Polea fija: solo cambia la dirección de la fuerza. La polea está fija a una superficie.Polea móvil: se mueve junto con el peso, disminuye el esfuerzo al 50%.Polea pasto, polipasto o aparejo: Formado por tres o más poleas en líneao en paralelo, se logra una disminución del esfuerzo igual al número de poleas que se usan.PolipastoSe llama polipasto a un mecanismo que se utiliza para levantar o mover una carga aplicando un esfuerzo mucho menor que el pesoque hay que levantar.Estos mecanismos se utilizan mucho en los talleres o industrias que manipulan piezas muy voluminosas y pesadas porquefacilitan la manipulación, elevación y colocación de estas piezas pesadas, así como cargarlas y descargarlas de los camiones que las transportan.Suelen estar sujetos a un brazo giratorio que hay acoplado a una máquina, o pueden ser móviles guiados por raíles colocados en los techos de lasnaves industriales.Los polipastos tienen varios tamaños o potencia de elevación, los pequeños se manipulan a mano y los más grandes llevanincorporados un motor eléctrico.RuedaMáquina simple más importante que se conoce, no se sabe quién y cuándo la descubrió o inventó; sin embargo, desde que el hombreutilizó la rueda la tecnología avanzó rápidamente, podemos decir que a nuestro alrededor siempre está presente algún objeto a situaciónrelacionado con la rueda, la rueda es circular.Plano inclinadoEl plano inclinado permite levantar una carga mediante una rampa o pendiente. Esta máquina simple descompone la fuerza delpeso en dos componentes: la normal (que soporta el plano inclinado) y la paralela al plano (que compensa la fuerza aplicada). De esta manera, elesfuerzo necesario para levantar la carga es menor y, dependiendo de la inclinación de la rampa, la ventaja mecánica es muy considerable.Al igual que las demás máquinas simples cambian fuerza por distancias. El plano inclinado se descubre por accidente ya que se encuentra enforma natural, el plano inclinado es básicamente un triángulo donde su utiliza la hipotenusa, la función principal del plano inclinadoes levantarobjetos por encima de la Horizontal. El plano inclinado puede presentarse o expresar también como cuña o tornillo.CuñaSe forma por dos planos inclinados opuestos, las conocemos comúnmente como punta, su función principal es introducirse en unasuperficie.Ejemplo: Flecha, hacha, navaja, desarmado, pica de hielo, cuchillo.TornilloPlano inclinado enrollado, su función es la misma delplano inclinado pero utilizando un menor espacio.Ejemplos: escalera de caracol, carretera, saca corcho, resorte, tornillo, tuerca, rosca.Nivel o tornoMáquina simple constituida por un cilindro en donde enredar una cuerda o cadena, se hace girar por medio de una barra rígidadoblada en dos ángulos rectos opuestos. Como todas las máquinas simples el torno cambia fuerza por distancia, se hará un menor esfuerzoentre más grande sea el diámetro.Ejemplos: grúa, fonógrafo, pedal de bicicleta, perilla, arranque de un auto antiguo, grúa, ancla, taladro manual. Taller “Movimiento, Fuerza y Maquinas Simples”Este taller debe ser resuelto en el cuaderno de biología, en orden y con el vocabulario propio de las ciencias naturales.1.Lee la guía subraya las palabras que no conozcas su significado y selecciona como mínimo 20, y arma un diccionario en tu cuaderno buscando su significadoen internet, incluye estas palabras Posición, desplazamiento, trayectoria, velocidad, aceleración y deceleración.2.Realiza un mapa conceptual sobre “Movimiento, Fuerza y Maquinas simples”3. Realiza un cuadro de clasificación de las fuerzas y define: Fuerzas de contacto, Fuerzas a distancia,Fuerzas impulsivas, Fuerzas de largaduración,Fuerzas exteriores, Fuerzas interiores.4. Dibuja palanca, polea, polipasto, rueda, tornillo, plano inclinado, cuña y torno, e indica donde se aplica la fuerza.6. Realiza un comic que explique el movimiento y otro que explique la fuerza.7. Trae materiales a clase y arma un collage del tema8. Busca en internet un artículo científico que este relacionado con máquinas simples o movimiento. Cuando lo tengas imprímelo, léelo, realiza un resumen en elcuaderno y socializa con tus compañeros.9. En internet busca vídeos relacionados con el tema observalos, y anota tus impresiones, comentarios.10. En grupo arme o ingenien o una dinámica para trabajar el tema en clase.

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